DISCLAIMER!! ACEAST DOCUMENT NU REPREZINTA SINGURA VOASTRA SURSA DUPA CARE TREBUIE SA INVATATI PENTRU COLOCVIU. EL ESTE DOAR O COMPLETARE/RELUARE A LUCRURILOR DISCUTATE LA LABORATOR, ADICA ADUCE O COMPLETARE NOTITELOR PE CARE TREBUIA SA VI LE LUATI IN TIMPUL LABORATORULUI !!!

COMUTAREA TBIPTranzistorul bipolar poate functiona in 4 regimuri: RAN (Regiunea Activa Normala), SAT (Saturatie), BL (blocat), RAI (Regiunea Activa Inversa). In tabelul de mai jos aveti trecute sensurile caderilor de tensiune UBE, UBC si UCE. RegimulUBEUBCUCE

RANDIRECTinversDe la C la E

SATDIRECTDIRECTDe la C la E

BLinversinversComponenta alternativa e 0

RAIinversDIRECTDe la E la C

RAN: UBE = 0.6V (aproximativ) UCE este mare (conditionat de rezistentele din colector si emitor, in sensul ca atunci cand TBIP nu comuta, i.e. nu sunt pe front crescator sau descrescator, UCE = VCC ICRC IERE) IC = IB Exista si un curent invers in baza, dar este foarte mic, deci neglijabil. Tranzistorul se afla in RAN atata timp cat poate sa isi ia din circut cat curent de colector vrea (adica este indeplinita relatia IC = IB) Curentul de baza este relativ mic (zeci de A)

SAT: Este caracterizata de un curent de baza mare (ordinul mA), deci un curent de colector mare (care este limitat doar de circuitul exterior: IC = URC / RC ) Conditia IC = IB nu mai este indeplinita pentru ca nu am de unde sa ii mai dau TBIP-ului curent in colector. Reulta ca IC < IB UBE = 0.7 - 0.9V UCE sat = 0.1 0.3V In tranzistor exita capacitati de bariera (CBE si CBC). La SAT, din cauza curentului IB mare, in baza se acumuleaza sarcini in exces, iar capacitatile de bariera se incarca. Aceste sarcini acumulate in exces in baza trebuie sa plece atunci cand tranzistorul comuta din SAT in BL, iar capacitatile de bariera trebuie sa se descarce. Din aceasta cauza, apare un timp suplimentar: timpul de stocare ts Curentul de baza invers ajuta la eliminarea sarcinilor din baza, atunci cand tranzistorul comuta din SAT in BL Avantaje: stabilitate a tensiunii UCE, putere disipat mic pe tranzistor Dezavantaje: timpul de comutare inversa este mare (din cauza ts)

Comutarea directa si inversaComutare directa = trecerea tranzistorului din BL in SAT sau RANComutare inversa = trecerea tranzistorului din RAN sau SAT in BLSe observa 2 timpi: tcd este timpul de comutare directa tci este timpul de comutare inversa tcd = ti + t+ unde : ti este timpul de intarziere la comutatie datorat incarcarii capacitatilor de bariera (neglijabil deoarece este foarte mic) t+ este timpul de crestere tcd este dependent de gradul de saturatie al tranzistorului (cu cat tranzsitorul e mai saturat, tcd este mai micdin cauza ca scad tc si ti)tci = ts + t- unde : ts este timpul de stocare (creste cu gradul de saturatie) t- este timpul de cadere

Accelerarea comutarii (a se vedea schema din indrumar)La aplicarea saltului pozitiv al tensiunii de intrare, se obine un curent de baz de valoare mare (capacitatea se comport ca un scurt circuit pe frontul impulsului), rezultand un timp de cretere foarte mic. Acest curent scade in timp (pentru ca Ca se incarca => o sa treaca din ce in ce mai mult curent prin rezistenta P) astfel incat se asigura un grad de saturatie aproape de saturatie incipienta.La aplicarea saltului negativ al tensiunii de intrare se obine un curent de baza de valoare foarte mare care asigura timpi de stocare si de cadere de valori mici. Dupa aplicarea saltului de tensiune la intrare, capacitatea de accelerare incepe sa se incarce (descarce), ceea ce duce la micsorarea curentilor de baza (practic revin la valorile lor de dinainte de a cupla condensatorul pentru accelerare).

Eliminarea timpului de stocareEliminarea timpului de stocare, care reprezint o ntrziere net ntre impulsul de comand i rspunsul circuitului, se face prin utilizarea unor circuite de evitare a intrrii n saturaie, care au i proprietatea de a menine la ieire o tensiune mic, fix, independent de parametrii tranzistorului.Metoda reactiei negative neliniare este printre cele mai eficiente (schema in indrumar, dar fara E).Dioda, practic, tine tranzistorul in saturatie incipienta prin mentinerea unei tensiuni UBC mici (0.2 -0.3V).

CIRCUITE BASCULANTECircuitele basculante sunt circuite a caror iesire oscileaza intre 2 stari. Aceste stari pot fi stabile sau instabile. O stare este stabila daca odata ajuns in ea, circuitul ramane acolo, fiind nevoie de interventie din exterior pentru a il scoate din starea stabila (de exemplu cand aprindeti lumina, becul o sa lumineze pana cand se strica sau deschideti intrerupatorul).O stare instabila este o stare din care circuitul, odata ajuns in ea va sta o perioda de timp, dupa care va parasi starea, fara vreo interventie din exterior.Pentru a exemplifica notiunile de stare stabila si instabila, sa ne uitam la curcuitul de mai jos: Pentru ca mosfetul sa fie deschis, potentialul VG trebuie sa fie mai mare de o tensiune denumita Threshold voltage care este egala cu 1V, de exemplu. Vcc =5V. 1. Switch deschis => LED-ul lumineaza , mosfetul este saturat, Vout = 0 (aproximativ)2. Inchidem switchul => Scurtcircuitam bornele condensatorului, deci LED-ul se stinge pentru ca mosfetul se blocheaza. VG = 0V fata de GND. Starile 1 si 2 sunt stari stabile.3. Deschidem switchul => mosfetul va sta blocat pana cand potentialul VG ajunge la 1V. Timpul cat dureaza ca aceasta conditie sa fie indeplinita este dat de constanta de timp a circuitului RC. Aceasta este starea instabila. Dupa ce VG ajunge la 1V, mosfetul se deschide si suntem din nou intr-o stare stabila.

Circuitul monostabil este un circuit basculant care are o stare stabila si una instabila. Fie circuitul din figura 3.1. Vcc = 8V, Vbb = 2V. Iesirea este in colectorul lui T2, dar o sa ne uitam si la semnalul din colectorul lui T1 (stiu ca la laborator am masurat in ambele colectoare, dar norma, iesirea e doar in colectorul lui T2. Noi am masurat in ambele colectoare ca sa putem observa mai bine timpul de revenire, care apare in colecorul lui T1). Tensiunea negativa aplicata in baza lui T1 ajuta sa il tina blocat in starea stabila.

Starea stabila: T2 este saturat din cauza rezistentei Rb care este conectata la Vcc. In acelasi timp, T1 se blocheaza din cauza potentialului mic din colectorul lui T2 (T2 satureaza deci Vo = 0,3V cel mult. Potentialul din baza lui T1 este (Vbb + 0.3V) care este mai putin de 0.6V). Curentul din baza lui T2 este egal cu: Ib = (Vcc 0.7)/Rb. In acelasi timp, condensatorul C se incarca prin Rc1 si baza lui T2 la Vcc-0.7V. Asta dureaza = Rc1C secunde.

Starea instabilaSe instaleaza in momentul in care aplicam un impuls pozitiv in baza lui T1 sau un impuls negativ in baza lui T2 (printr-un circuit de derivare in serie cu o dioda. Aveti schemele pentru ele in indrumar la pg 22, figura 3.4 a,b). In momentul in care aplicam impulsul, T1 se va satura, iar T2 se blocheaza. Potentialul din colectorul lui T1 este acum 0 => caderea de tensiune de pe condensator este Vcc+0.7V fata de GND. Condensatorul C va incepe sa se incarce invers (adica sa se descarce) pana cand caderea de tensiune de pe el ajunge la 0V, iar apoi pana la 0.7V (adica potentialul in baza lui T2 ajunge la 0.7V) cand se deschide T2 si ajungem iar in starea stabila. Timpul cat ii ia condensatorului C sa se incarce invers este determinat de constanta de timp = RbC.Timpii care ne intereseaza sunt timpul de crestere si timpul de revenire. Sunt ilustrati in fig. 3.2 din indrumar. Sa explicam putin graficele de acolo.Primul grafic este impulsul de declansare aplicat in baza tranzistorului T1. Al doilea grafic este tensiunea masurata in colectorul lui T1. Cand semnalul este la 1 logic (amplitudinea de pe grafic = Vcc) suntem in starea stabila. Cand amplitudinea semnalului este 0 logic (0V) ne aflam in starea instabila. Timpul de revenire trev este timpul necesar sistemului sa ajunga din starea instabila in cea stabila. Este influentat deconstanta de timp a circuitului RC format din capacitatea C si rezistenta Rc1, adica este egal cu 2.3CRc1. trev se masoara intre 10% si 90%.In al treilea grafic avem tensiunea din baza lui T2.Ultimul grafic este tensiunea din colectorul lui T2. Aici masuram timpul de crestere, care reprezinta timpul necesar ca sistemul sa ajunga in starea instabila. Este egal cu 2.3C1Rc2.

Micsorarea timpului de revenire se face prin micsorarea constantei de timp Rc1C, dar se va modifica si durata starii instabile => nu prea ne dorim asta. Folosim o metoda mai eficienta: un repetor pe emitor. (figura 3.3 din indrumar)

Circuitul astabil este circuitul basculant cu 2 stari instabile. (se mai numeste si flip-flop)

Conditia C1=C2 si R2=R3 trebuie indeplinita doar daca vrem ca factorul de umplere al semnalului la iesirea circuitului sa fie de 50%. Circuitul astabil basculeaza continuu intre doua stari instabile, tranzistoarele de pe cele doua ramuri trecand, pe rand, din stare de conductie in stare de saturatie (basculand), perioada de comutare din aceste stari fiind determinata de valorile componentelor pasive (C si R) din circuit.Pentru a explica cum functioneaza pronim de la prezumtia ca Q1 este blocat si Q2 saturat, C2 era incarcat(4.3V), C1 este descarcat. Cum Q1 este blocat (din cauza ca potentialul in baza lui este -4.7V (caderea de tensiune de pe C2 raportata la GND) => C1 se incarca pana la Vcc-0.7V prin baza lui Q2 (care satureaza) si C2 se descarca prin colectorul lui Q2 pana la 0V, dupa care se incarca pana la 0.7. Moment in care Q2 satureaza, iar Q1 se blocheaza. Se reia ratinamentul.

TTL discret

Analiza circuituluiTranzistorul T1 are rolul de a dirija sensul curentului in baza lui T2. Asigura un curent mare de descarcare pt T2, atunci cand acesta (T2) se inchide.Perechea T3, T4 se numeste stalp totemic. Rolul lor este a pastra tensiunea la iesirea circuitului constanta, indiferent de sarcina conectata. R3 limiteaza curentul de la iesirea circuitului. Diada exista pentru ca T3 si T4 sa nu aiba aceeasi stare la acelasi moment de timp (ex: sa fie amandoi saturati sau blocati in acelasi timp.)T2 se numeste separator de faza. Adica sparge faza semnalului in directii opuse ceea ce ajuta ca T3 sa fie ON si T4 OFF. OperareINT1T2T3T4OUT

0BLBLBLSAT1

1RAISATSATBL0

La iesirea circuitului exista si o capacitate parazita (poate sa existe si fizic, nu sa fie parazita) care ajuta ca T3 sa satureze atunci cand T4 e blocat. Pt cine vrea sa citeasca mai multe: http://www.mee.tcd.ie/~mburke/3c2/lectures/IV%20TTL%20Logic%20Family/2%20The%20TTL%20Inverter.pdfInversorul cu CMOS:https://www.youtube.com/watch?v=yr_zMMDFmrMhttps://courseware.ee.calpoly.edu/~dbraun/courses/ee307/F02/02_Shelley/Section2_BasilShelley.htm